c - 如何使用 IPP 将 8 位灰度图像转换为 NV12(有限范围)颜色空间

Question

英特尔® 媒体 SDK 等视频编码器不接受 8 位灰度图像作为输入格式。
8 位 Grayscale format 在 [0, 255] 范围内每个像素应用一个字节。

问题上下文中的 8 位 YUV 格式适用 YCbCr (BT.601 或 BT.709)。
虽然有全范围的 YUV 标准，但常用的格式是“有限范围”YUV，其中 Y 的范围是 [16, 235]，U,V 的范围是 [16, 240]。

NV12 format是这种情况下的通用输入格式。
NV12 格式是 YUV 4:2:0 格式，在内存中排序，首先是 Y 平面，然后是交错 UV 平面中的打包色度样本:
YYYYYY
YYYYYY
紫外线UV紫外线

灰度图像将被称为“I 平面”:
IIIIII
IIIIII

设置 UV 平面很简单:将所有 U、V 元素设置为 128 值。

但是 Y 平面呢？

在全范围 YUV 的情况下，我们可以简单地将“I 平面”作为 Y 平面(即 Y = I)。

如果是“有限”的 YUV 格式，则需要进行转换:
在转换公式中设置 R=G=B 结果:Y = round(I*0.859 + 16)。

使用 IPP 进行上述转换的有效方法是什么？ ?

Answer 1

我正在为我自己的问题添加一个答案。
我希望看到一个更好的答案......

我找到了一个使用两个 IPP 函数的解决方案:

• ippsMulC_8u_Sfs - 将 vector 的每个元素乘以一个常数值。
• ippsAddC_8u_ISfs - 为 vector 的每个元素添加一个常量值。

为了获得更好的性能，我选择了使用定点数学的函数。

• 定点实现0.859缩放是通过扩展、缩放和移动来执行的。示例:b = (a*scale + (1<<7)) >> 8; [当 scale = (0.859)*2^8 ].
  val参数 ippsMulC_8u_Sfs设置为 round(0.859*2^8) = 220 .
  scaleFactor参数 ippsMulC_8u_Sfs设置为 8 (将缩放后的结果除以 2^8 )。

代码示例:

void GrayscaleToNV12(const unsigned char I[],
                     int image_width,
                     int image_height,
                     unsigned char J[])
{
    IppStatus ipp_status;
    const int image_size = image_width*image_height;

    unsigned char *UV = &J[image_size]; //In NV12 format, UV plane starts below Y.

    const Ipp8u expanded_scaling = (Ipp8u)(0.859 * 256.0 + 0.5);

    //J[x] = (expanded_scaling * I[x] + 128u) >> 8u;
    ipp_status = ippsMulC_8u_Sfs(I,                 //const Ipp8u* pSrc,
                                 expanded_scaling,  //Ipp8u val,
                                 J,                 //Ipp8u* pDst,
                                 image_size,        //int len,
                                 8);                //int scaleFactor);

    //Check ipp_status, and handle errors...

    //J[x] += 16;
    //ippsAddC_8u_ISfs is deprecated, I used it to keep the code simple.
    ipp_status = ippsAddC_8u_ISfs(16,           //Ipp8u val, 
                                  J,            //Ipp8u* pSrcDst, 
                                  image_size,   //int len, 
                                  0);           //int scaleFactor);

    //Check ipp_status, and handle errors...

    //2. Fill all UV plane with 128 value - "gray color".
    memset(UV, 128, image_width*image_height/2);
}

---

题外话:
有一种方法可以将视频流标记为“全范围”(其中 Y 范围是 [0, 255] 而不是 [ 16 , 235 ]，并且 U , V 范围也是 [ 0, 255]).
使用“全范围”标准允许放置 I代替 Y (即 Y = I)。

使用英特尔媒体 SDK 将流标记为“全范围”是可能的(但没有很好的记录)。
将 H.264 流标记为“全范围”需要添加指向 mfxExtBuffer **ExtParam 的指针列表(在结构 mfxVideoParam 中):
指向 mfxExtVideoSignalInfo 类型结构的指针应添加以下值:

typedef struct {
    mfxExtBuffer Header; //MFX_EXTBUFF_VIDEO_SIGNAL_INFO and sizeof(mfxExtVideoSignalInfo)
    mfxU16 VideoFormat; //Most likely 5 ("Unspecified video format")
    mfxU16 VideoFullRange; //1 (video_full_range_flag is equal to 1)
    mfxU16 ColourDescriptionPresent; //0 (description_present_flag equal to 0)
    mfxU16 ColourPrimaries; //0 (no affect when ColourDescriptionPresent = 0)
    mfxU16 TransferCharacteristics; //0 (no affect when ColourDescriptionPresent = 0)
    mfxU16 MatrixCoefficients; //0 (no affect when ColourDescriptionPresent = 0)
} mfxExtVideoSignalInfo; 

VideoFullRange = 1是设置“全范围”视频的唯一相关参数，但我们必须填充整个结构。